CN1438085A - 用于制造电镀锌钢板的锌粒加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制造电镀锌钢板的锌粒加工方法，包括以下步骤：锌锭经熔化炉熔化后，进入保温炉，保温炉采用陶瓷内加热套管供热，锌液保温时用N₂或Ar₂保护。保温炉内锌液温度控制在435℃～455℃。在保温炉下部，设有1个或1个以上的通孔，通孔直接与定量器相连，锌液流经定量器，经滴嘴后滴入石墨冷却辊上。冷却辊转数30rpm～80rpm，冷却辊辊身面积的50％～80％浸泡在冷凝水箱内，冷凝水箱内的水温为15℃～45℃。由于冷却辊的快速导热，锌液迅速变成锌粒，在离心力作用下，锌粒被抛入锌粒收集箱内。用本发明制造的锌粒表面光洁、圆整、致密、颗粒均匀、无污染，锌粒内部无气孔、疏松和夹杂，不需要进行表面清洗和烘干处理，可以直接包装入库待用。

Description

用于制造电镀锌钢板的锌粒加工方法

一、所属技术领域

本发明属于金属颗粒加工技术领域，涉及一种金属颗粒的加工方法，特别涉及一种用于制造电镀锌钢板的锌粒加工方法。

二、背景技术

汽车工业的发展对钢板的强度和耐蚀性提出了更高的要求，为满足汽车工业的需要，高强度电镀锌钢板正在飞速发展。制造电镀锌钢板时，电镀是关键工序，钢板电镀时，镀液中锌离子的补充主要采用添加锌锭或锌粒，锌锭或锌粒随后在镀液中溶解来实现。镀液中通过添加锌锭补充锌离子的方法存在操作不方便、镀液成分不均匀的不足，导致镀层均匀性差，镀层质量低。通过在镀液中加入颗粒均匀、无夹杂的锌粒来补充锌离子，可获得均匀性和耐蚀性好的镀锌层，此外还具有工效高、操作方便等优点。因此，世界各国新建或改建的电镀锌生产线多数采用添加锌粒取代以往添加锌锭方法来补充镀液中的锌离子。

有关金属颗粒的加工方法主要有熔滴法、飞溅法和机械加工法。熔滴法和飞溅法主要包括金属熔化、滴注和冷凝等工序。美国专利3888956中公开了一种采用熔滴法加工金属颗粒的方法，在该方法中，使熔融铁的熔流朝着一个水平的固定部件落下，熔体撞击该部件时由于其本身的动能而破碎，形成不规则的熔滴，这些熔滴往上述部件的上方和向外运动，然后落入位于所连部件下面的冷却介质的溶液中。采用这种已知的方法可以制造金属颗粒，但这种方法有很多缺点和不足。由于熔融金属撞击上述部件时所形成的熔滴从很小的熔滴到相当大的熔滴大小不等，因此不可能有效地控制颗粒大小和颗粒大小分布。中国发明专利CN1127686中公开了一种镀锡钢板电镀用锡粒的制备方法，该方法中，将金属锡锭熔化后，通过出料口导入滴注罐，锡液经滴注口而滴入冷凝浴槽内，冷凝浴槽内装有油、水双层冷却液，熔融状锡液则先滴入上层油浴，再进入下层水浴冷却凝固而成颗粒状锡粒。应用该方法尽管可以加工出尺寸均匀的锡粒，但锡粒要进行脱脂清洗和烘干处理，既增加了生产工序，又增加了能耗，脱脂剂还污染环境。中国发明专利CN1255415中公开了一种锌的造粒方法及其设备，该方法与中国发明专利CN1127686中公开的镀锡钢板电镀用锡粒的制备方法基本相近，熔融状锌液直接滴入冷凝浴槽内，冷凝浴槽内装有水直接冷却熔融状锌液，最后获得锌粒。用该方法加工的锌粒不需要进行脱脂处理，但仍需要进行烘干处理，而且高温锌液直接入水易飞溅，锌液入水数量多和冷却水温度低时还有发生爆炸的危险。应用机械加工方法制造锌粒的流程是：将锌锭熔化后进行浇注，再进行热压和冲压后制备成锌粒，最后进行包装。其工艺成熟，能生产合格产品。但存在的主要问题是：①工艺过程复杂，加工工序多；②锌粒收得率低，小于70％；③能耗高，30％以上的边角料需返回重新熔化，多耗能30％以上；④冲压设备庞大，维修量大，劳动生产率低；⑤设备建设投资高；⑥对成品锌粒有污染。

三、发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明目的在于提供一种效率高、设备简单、操作方便、颗粒均匀和生产成本低的用于制造电镀锌钢板的锌粒加工方法。

实现上述发明目的技术方案是这样的：用于制造电镀锌钢板的锌粒加工方法，包括锌锭的熔化、保温、滴注和冷凝及锌粒收集，按以下步骤进行：

1)首先用感应电炉或电阻炉将锌锭熔化；

2)在熔化炉上部开设一个锌液流出口，用石墨管或陶瓷管将锌锭熔化炉和锌液保温炉相连，锌液通过石墨管或陶瓷管进入锌液保温炉，锌液保温炉内温度控制在435℃～455℃；

3)在保温炉下部，设有1个或1个以上的通孔，通孔直接与定量器相连，使锌液流经定量器和滴嘴而滴入冷却辊辊面上；

4)熔融锌液滴入不断转动的冷却辊辊面以后，冷却辊的快速导热，锌液迅速变成锌粒，在离心力作用下，锌粒被抛入锌粒收集箱，可以直接包装入库待用。

本发明的其它一些特点是：

所说的熔化炉内出液口至液面的高度为40mm～100mm。

所说的保温炉用陶瓷内加热套管供热。

所说的锌液保温时用N₂或Ar₂保护。

所说的滴嘴出口是圆形，其内径是锌粒外径的1/2～1/4。

所说的连接熔化炉和保温炉的管道截面积是滴嘴出口截面积之和的2.0～6.0倍，当滴嘴出口面积之和小于15mm²时，管道截面积是滴嘴出口截面积之和的4.0～6.0倍，当滴嘴出口截面积之和大于15mm²时，管道截面积是滴嘴出口截面积之和的2.0～4.0倍。

所说的冷却辊用石墨制造，冷却辊尺寸为：(φ150mm～φ500mm)×(100mm～1000mm)，冷却辊转数：30rpm～80rpm。

所说的冷却辊辊身面积的50％～80％浸泡在循环冷却水箱内，循环冷却水箱内的水温为15℃～45℃。

所说的滴嘴至冷却辊辊面的滴落距离(H)与锌粒直径(d)和冷凝水箱内的水温(T)的关系满足式(1)：

H＝2.5d+k/T                               (1)

式中：H-滴落距离，mm；d-锌粒直径，mm；T-水温；k-与冷却辊辊径、转数和冷却辊浸泡在冷凝水箱内的辊身面积等有关的系数，通常取100～150。

所述锌粒的颗粒尺寸为1.5mm～25mm，锌粒不圆度小于0.15mm。

本发明与现有技术对比，具有如下优点：

①本发明锌锭熔化、锌液保温、锌粒成形和冷却以及收集一次完成，工艺简单。

②锌液保温炉采用强度高、传热效率高和电绝缘性能优良的陶瓷内加热套管供热，采用陶瓷内加热套管供热具有降低能耗、减少锌的损耗、提高控温精度和安全性高等优点。此外，采用陶瓷内加热套管供热，控温方便，更换加热元件方便、快捷。

③锌液保温时由于有N₂或Ar₂保护，锌液氧化少，氧化损失率低，锌的收得率高，氧化损失仅为1.0％～2.5％。

④采用本发明可以实现连续添加锌锭、连续熔化锌锭、连续生产锌液和连续生产锌粒。

⑤本发明锌粒采用冷却辊导热的冷却方式，取消了油冷或水冷的冷却方式，加工的锌粒不需要进行表面脱脂处理和烘干处理，锌粒加工能耗低，加工成本也降低，加工效率高。

⑥本发明通过控制滴嘴至冷却辊辊面的滴落距离(H)，可以获得不圆度小于0.15mm的锌粒。

⑦本发明连接熔化炉和保温炉管道的截面积是滴嘴出口截面积之和的2.0～6.0倍，当滴嘴出口截面积之和小于15mm²时，管道截面积是滴嘴出口截面积之和的4.0～6.0倍，当滴嘴出口截面积之和大于15mm²时，管道截面积是滴嘴出口截面积之和的2.0～4.0倍，这样可以使得锌粒致密，内部无疏松和气孔等缺陷。

⑧用本发明制造锌粒收得率高，收得率大于96％。用本发明制造锌粒能耗低，生产锌粒的能耗为0.75kw/kg～1.10kw/kg。

⑨在本发明的保温炉下部，可以根据锌粒产量方便地增减滴嘴数量，因此可以方便地调整锌粒的产量，单套设备的锌粒产量为15kg/h～1000kg/h。

⑩与保温炉下部定量器相连的滴嘴的出口尺寸可以方便地调整，因此锌粒的尺寸也可以方便地调整，应用本发明可生产颗粒尺寸为1.5mm～25mm的锌粒。

四、附图说明：

图1是本发明制造锌粒装置示意图。

五、具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详述。

依本发明的技术方案，用于制造电镀锌钢板的锌粒加工方法，包括锌锭的熔化、保温、滴注和冷凝及锌粒收集。首先用感应电炉或电阻炉将锌锭熔化，由于锌液的密度小于锌锭的密度，锌锭熔化时，锌液上浮。在熔化炉上部开了一个锌液流出口(简称出液口)，用石墨管或陶瓷管将锌锭熔化炉和锌液保温炉相连，锌液通过石墨管或陶瓷管进入锌液保温炉，锌液保温炉采用强度高、传热效率高和电绝缘性能优良的陶瓷内加热套管供热，采用陶瓷内加热套管供热还具有降低能耗、减少锌的损耗、提高控温精度和安全性高等优点。锌液保温时用N₂或Ar₂保护，防止锌液氧化。锌液保温炉内温度控制在435～455℃，温度误差±3℃。在保温炉下部，设有1个或1个以上的通孔，通孔直接与定量器相连，锌液流经定量器和滴嘴而滴入冷却辊辊面上。本发明所说的冷却辊冷凝方法是：冷却辊由导热性能很好的石墨制造，冷却辊尺寸(φ150mm～φ500mm)×(100mm～1000mm)，冷却辊辊身面积的50％～80％浸泡在冷凝水箱内，冷凝水箱内的水温为15～45℃，冷却辊转数30rpm～80rpm，熔融锌液滴入冷却辊辊面以后，由于冷却辊的快速导热，锌液迅速变成了锌粒。由于冷却辊不断转动，在离心力作用下，锌粒被抛入锌粒收集箱，进入锌粒收集箱的锌粒表面温度为40～80℃，锌粒表面光洁、圆整、致密、颗粒均匀、无污染，锌粒内部无气孔、疏松和夹杂。用本发明制造的锌粒不需要进行表面清洗和烘干处理，可以直接包装入库待用。

本发明的锌锭熔化炉内，锌液自其出液口至液面的高度为40mm～100mm，保证出液口的锌液有一个恒定的静压力，从而保证单位时间内通过出液口的锌液量，基本稳定在一个合适的范围内。连接熔化炉和保温炉管道的截面积是滴嘴出口截面积之和的2.0～6.0倍，当滴嘴出口截面积之和小于15mm²时，管道截面积是滴嘴出口截面积之和的4.0～6.0倍，当滴嘴出口截面积之和大于15mm²时，管道截面积是滴嘴出口截面积之和的2.0～4.0倍。

由于锌液在其自身表面张力作用下，力趋使其自身成为圆球形。但熔融液滴的跌落下降过程中，当受到气体的阻挡作用时，将会发生变形而失去圆度。同时熔融液滴冷却时由于发生收缩，导致体积变化，也产生变形。熔融液滴在空气中下落时呈雨滴状，选择合适的滴嘴至冷却辊辊面的滴落距离(H)，可以控制其雨滴状尾部的长度，再通过控制熔融液滴在冷却辊的冷却速度，使冷却过程中的锌粒收缩量，刚好等于其尾部的体积，则可得到圆度好的锌粒。H与锌粒直径(d)和冷凝水箱内的水温(T)的关系见式(1)：

H＝2.5d+k/T                             (1)式中：H-滴落距离，mm；d-锌粒直径，mm；T-水温，℃；k-与冷却辊辊径、转数和冷却辊浸泡在冷凝水箱内的辊身面积等有关的参数，通常取100～150。

冷凝水温度低时，锌粒收缩量大，因此滴落距离加长；冷凝水温度高时，锌粒收缩量小，因此滴落距离缩短。

以下是发明人给出的实施例。

实施例1：

首先将锌锭1置于熔化炉2，熔化炉是采用50kw的电阻炉，锌液熔化后，由于其密度小于锌锭密度，锌液上浮，锌液从出液口3流离熔化炉，出液口至液面的高度为55mm。锌液经直径φ18mm的石墨管4流入保温炉5，保温炉采用陶瓷内加热套管6供热，锌液7的温度控制在436～440℃，锌液保温时，通入N₂保护，防止锌液表面氧化。保温炉下部通孔8与定量器9相连接，锌液经通孔流入定量器，经滴嘴10后直接滴入石墨冷却辊11上，滴嘴出口至冷却辊辊面的滴落距离为20mm。滴嘴数量30个，滴嘴出口尺寸φ1.8mm。冷却辊尺寸：480mm×500mm；冷却辊转数：55rpm。冷却辊辊身面积的65％浸泡在冷凝水箱12内，冷凝水箱内水13循环冷却，温度24～28℃。由于冷却辊的快速导热，使锌液迅速变成了锌粒，由于冷却辊不断转动，在离心力作用下，锌粒14被抛入锌粒收集箱15。进入锌粒收集箱的锌粒表面温度55℃，锌粒颗粒尺寸φ3～φ8mm，锌粒加工速度是450kg/h，加工锌粒的能耗为0.85kw/kg。锌粒的不圆度＜0.14mm，锌粒表面光洁、致密、颗粒均匀、无污染，锌粒内部无气孔、疏松和夹杂。

实施例2：

首先将锌锭1置于熔化炉2，熔化炉是采用46kw电阻炉，锌液熔化后，由于其密度小于锌锭密度，锌液上浮，锌液从出液口3流离熔化炉，出液口至液面的高度为62mm。锌液经直径φ12mm的陶瓷管4流入保温炉5，保温炉采用陶瓷内加热套管6供热，锌液7的温度控制在437～442℃，锌液保温时，通入Ar₂保护，以防止锌液表面氧化。保温炉下部通孔8与定量器9相连接，锌液经通孔流入定量器，经滴嘴10后直接滴入石墨冷却辊11上，滴嘴出口至冷却辊辊面的滴落距离为16mm。滴嘴数量30个，滴嘴出口尺寸φ1.2mm。冷却辊尺寸：φ200mm×320mm；冷却辊转数：48rpm。冷却辊辊身面积的75％浸泡在冷凝水箱12内，冷凝水箱内水13循环冷却，温度25～30℃。由于冷却辊的快速导热，使锌液迅速变成了锌粒，由于冷却辊不断转动，在离心力作用下，锌粒14被抛入锌粒收集箱15，进入锌粒收集箱的锌粒表面温度54℃，锌粒颗粒尺寸φ2～φ6mm，锌粒加工速度190kg/h，加工锌粒的能耗为0.88kw/kg。锌粒的不圆度＜0.13mm，锌粒表面光洁、致密、颗粒均匀、无污染，锌粒内部无气孔、疏松和夹杂。

Claims (10)

1、一种用于制造电镀锌钢板的锌粒加工方法，包括锌锭的熔化、保温、滴注和冷凝及锌粒收集，其特征在于，按以下步骤进行：

1)首先用感应电炉或电阻炉将锌锭熔化；

2)在熔化炉上部开设一个锌液流出口，用石墨管或陶瓷管将锌锭熔化炉和锌液保温炉相连，锌液通过石墨管或陶瓷管进入锌液保温炉，锌液保温炉内温度控制在435℃～455℃；

3)在保温炉下部，设有1个或1个以上的通孔，通孔直接与定量器相连，使锌液流经定量器和滴嘴而滴入冷却辊辊面上；

4)熔融锌液滴入不断转动的冷却辊辊面以后，在冷却辊的快速导热下，锌液迅速变成锌粒，在离心力作用下，锌粒被抛入锌粒收集箱，可以直接包装入库待用。

2、如权利要求1所述的用于制造电镀锌钢板的锌粒加工方法，其特征在于，所说的熔化炉内出液口至液面的高度为40mm～100mm。

3、如权利要求1所述的用于制造电镀锌钢板的锌粒加工方法，其特征在于，所说的保温炉用陶瓷内加热套管供热。

4、如权利要求1所述的用于制造电镀锌钢板的锌粒加工方法，其特征在于，所说的锌液保温时用N₂或Ar₂保护。

5、如权利要求1所述的用于制造电镀锌钢板的锌粒加工方法，其特征在于，所说的滴嘴出口是圆形，其内径是锌粒外径的1/2～1/4。

6、如权利要求1所述的用于制造电镀锌钢板的锌粒加工方法，其特征在于，所说的连接熔化炉和保温炉的管道截面积是滴嘴出口截面积之和的2.0～6.0倍，当滴嘴出口面积之和小于15mm²时，管道截面积是滴嘴出口截面积之和的4.0～6.0倍，当滴嘴出口截面积之和大于15mm²时，管道截面积是滴嘴出口截面积之和的2.0～4.0倍。

7、如权利要求1所述的用于制造电镀锌钢板的锌粒加工方法，其特征在于，所说的冷却辊用石墨制造，冷却辊尺寸为：(φ150mm～φ500mm)×(100mm～1000mm)，冷却辊转数：30rpm～80rpm。

8、如权利要求1或7所述的用于制造电镀锌钢板的锌粒加工方法，其特征在于，所说的冷却辊辊身面积的50％～80％浸泡在循环冷却水箱内，循环冷却水箱内的水温为15℃～45℃。

9、如权利要求1所述的用于制造电镀锌钢板的锌粒加工方法，其特征在于，所说的滴嘴至冷却辊辊面的滴落距离(H)与锌粒直径(d)和冷凝水箱内的水温(T)的关系满足式(1)：

H＝2.5d+k/T                               (1)

式中：H-滴落距离，mm；d-锌粒直径，mm；T-水温；k-与冷却辊辊径、转数和冷却辊浸泡在冷凝水箱内的辊身面积等有关的系数，通常取100～150。

10、如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8和9任一所述的用于制造电镀锌钢板的锌粒加工方法，其特征在于，所述锌粒的颗粒尺寸为1.5mm～25mm，锌粒不圆度小于0.15mm。